水稻根系细胞膜质子泵在养分吸收中的作用机制
摘要：植物细胞膜质子泵是由一个大约100kD蛋白，在细胞膜上形成跨膜区域，通过内侧水解ATP产生能量，将细胞中的H+泵出细胞，因此也叫H+ ATPase，其作用结果就是在细胞膜外形成大量H+，与细胞内的H+形成跨膜浓度梯度，建立膜电位，在质外体中的大量氢离子则形成质子驱动力，帮助各种养分离子进入细胞。因此大多数的养分跨膜运输都需要质子泵提供膜电位和质子驱动力。水稻是一种重要的农作物，在东南亚种植面积最多，而我国又是稻米的主要生产国家，无论是产量还是面积都居世界首位，而稻米的产量形成与养分的吸收是密不可分的，尤其是对氮、磷、钾三种大量元素的吸收与利用，是其高产的重要前提。而这些养分在根系的吸收与质子泵的关系究竟如何，到目前为止并没有人专门进行研究。因此，本实验结合以前的研究基础，测定并分析了水稻根系与铵态氮吸收、磷酸盐吸收，钾离子吸收相互之间以及与质子泵之间的关系，为进一步提升水稻养分综合吸收与利用提供理论上的基础。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法3
1.1水稻培养 3
1.2 测定和分类方法3
1.2.1营养液PH变化3
1.2.2植物中铵硝含量测定3
1.2.3植物中磷含量的测定3
1.2.4细胞膜分离3
1.2.5细胞膜质子泵水解活性的测定 3
2 结果与分析3
2．1植物中铵硝含量3
2.2质膜方法可靠性检测(N)4
2.3铵硝营养下根系细胞膜质子泵水解活性的比较4
2.4 植物中磷含量5
2.5质膜方法可靠性检测(P)5
2.6缺磷营养下根系细胞膜质子泵水解活性的比较6
2.7 植株中钾含量7
2.8 铵中毒情况下加钾后根系细胞膜质子泵水解活性的变化7
3 讨论8
4结论 8
致谢9
参考文献 10
根系细胞膜质子泵在养
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
分吸收中的作用机制
引言
引言
水稻是东南亚地区主要的粮食作物，在我国不仅种植面积最大，而且总产量也居于世界前列。因此要维持并促进水稻的产量，就需要进一步加强养分管理，提高养分的有效利用率。农业生产中最重要的三大肥料来源就是氮、磷、钾。目前国内外施用的氮肥绝大多数以铵态氮为主[1,2]。土壤通气的情况下硝化微生物活动比较强烈，因此铵态氮容易转化为硝态氮；而在覆水的土壤或者pH值低的土壤中，硝化微生物的活动受到抑制，因此施用的铵态氮会积累在土壤中。磷肥由于是从磷矿石加工形成的，因此一般的磷肥在土壤中不易溶解，即使是水溶性的，施入土壤中以后也会被土壤中的矿物所固定，因此需要植物的根系通过分泌有机酸等一系列生理作用来活化土壤中的磷，以提高土壤中磷的有效性[3]。钾肥由于在土壤中也会被粘土矿物所吸附，因此通常情况下，土壤溶液中的钾含量也比较低，但是有效钾与土壤中缓效钾之间有一个平衡过程，因此不象磷的有效性那么低。我国由于片面追求高产，因此在几十年的发展中，一直过量施肥，目前已经造成了严重的环境污染。如何加强养分管理，提高养分利用率目前急需解决的问题。
由于土壤中所有的养分吸收都要经过根系细胞膜，因此各种养分分别在细胞膜上均存在相应的运输蛋白或离子通道，全面掌握各种养分吸收的跨膜转运机制，对于生产中具体指导养分管理具有重要的实际意义。低浓度下，铵离子可以通过细胞膜上的铵转运蛋白运输[4]，高浓度下，则以氨分子的形式通过Amt/MEP/Rh通道蛋白进行吸收[5]；硝酸盐与磷酸盐都带负电荷，因此需要相应的转运蛋白进行运输[6]；而钾通常由钾通道快速吸收，只有在非常低的浓度下才通过钾转运蛋白运输[7,8]。上述跨膜运输过程可以分为两类：阳离子吸收通过细胞膜电位顺着电势差进入细胞；而阴离子吸收要通过质子驱动力帮助共运输。
由于氮磷钾是大量吸收的营养，因此在吸收过程中可能需要竞争质子驱动力，或者是在相同的膜电位下竞争离子通道，因此质子泵的活性与这些养分的运输息息相关。质子泵又叫细胞膜H+ ATPase[911]，其活性变化对于营养元素的吸收非常重要[12]。因此本实验分析了质子泵与氮磷钾吸收的关系，以及氮磷钾互作时对其的影响。
1 材料与方法
1．1 水稻培养
供试水稻为日本晴（Oryza sativa）。稻谷用双氧水后在25℃恒温培养箱中发芽，幼苗两叶一心时移栽，营养液5升，共36株一盆。营养液每周平均换两次。营养液配方根据国际水稻研究所的建议。有关氮素营养的实验设两个处理，或以40 mg/L NH4+N，以 (NH4)2SO4配入；或以40 mg/L NO3N，以Ca(NO3)24H2O配入。独立试验重复3次。
1.2 测定和分离方法
1.2.1 营养液pH控制 每天将营养液pH校准一次，以保持平均56的水平。
1.2.2 植株中铵硝含量测定 根据李合生提出的方法[13]，称取鲜样1 g左右于研钵中匀浆，沸水浴30 min，定容后加活性碳脱色过滤用德国进口的流动分析注射仪测定。
1.2.3植株中磷含量测定 将鲜样烘干粉碎后消煮，用矾钼黄比色法测定全磷含量。
1.2.4细胞膜分离 参照Yan[14]的方法。称根系20 g左右，加入4倍研磨液匀浆后高速离心11 500 g 10 min，上清液再次87 000 g下离心35 min，取沉淀用6 mL磷酸缓冲液悬浮，加入由右旋糖苷（Dextran）T500和聚乙二醇（PEG）3350组成的两相分离系统（6.1% ），经720 g三次离心后取上相，用BTP缓冲液稀释6倍，151 200 g下离心40 min。收集到膜蛋白，分装后速冻于80℃中保存。所用离心机为BECKMAN COULTERＯptimumTM L80 XP，转头为SW32 Ti。
1.2.5细胞膜质泵水解活性的测定 反应体系参照Yan的方法，显色过程参照Ohnishi[15]的方法。反应体系体积为0.50mL，含有30 mM BTP/MES缓冲液，5 mM MgSO4，50 mM KCl，0.02% (w/v) Brij 58（Sigma），5 mM Na2ATP。加入30 μL膜蛋白（蛋白含量12 μg）30℃保温30 min；加入中止液2.5 mL，2 min后再加入显色液0.5 mL，30 min后720 nm比色测定。活性根据单位时间内每毫克膜蛋白释放出的磷含量计算。
2 结果与分析
2.1 植株中铵硝含量
水稻植株中铵含量（图1A）和硝（图1B）均存在差异。硝态氮营养的水稻根系与叶片中的铵含量都低于铵态氮营养的水稻。但在铵态氮营养的水稻中硝态氮很少。
图1 水稻叶片和根系中NH4+和NO3含量
Fig. 1. NH4+ and NO3 content in leaf and root of rice
2.2 质膜方法可靠性检测
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1材料与方法3
1.1水稻培养 3
1.2 测定和分类方法3
1.2.1营养液PH变化3
1.2.2植物中铵硝含量测定3
1.2.3植物中磷含量的测定3
1.2.4细胞膜分离3
1.2.5细胞膜质子泵水解活性的测定 3
2 结果与分析3
2．1植物中铵硝含量3
2.2质膜方法可靠性检测(N)4
2.3铵硝营养下根系细胞膜质子泵水解活性的比较4
2.4 植物中磷含量5
2.5质膜方法可靠性检测(P)5
2.6缺磷营养下根系细胞膜质子泵水解活性的比较6
2.7 植株中钾含量7
2.8 铵中毒情况下加钾后根系细胞膜质子泵水解活性的变化7
3 讨论8
4结论 8
致谢9
参考文献 10
根系细胞膜质子泵在养
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
分吸收中的作用机制
引言
引言
水稻是东南亚地区主要的粮食作物，在我国不仅种植面积最大，而且总产量也居于世界前列。因此要维持并促进水稻的产量，就需要进一步加强养分管理，提高养分的有效利用率。农业生产中最重要的三大肥料来源就是氮、磷、钾。目前国内外施用的氮肥绝大多数以铵态氮为主[1,2]。土壤通气的情况下硝化微生物活动比较强烈，因此铵态氮容易转化为硝态氮；而在覆水的土壤或者pH值低的土壤中，硝化微生物的活动受到抑制，因此施用的铵态氮会积累在土壤中。磷肥由于是从磷矿石加工形成的，因此一般的磷肥在土壤中不易溶解，即使是水溶性的，施入土壤中以后也会被土壤中的矿物所固定，因此需要植物的根系通过分泌有机酸等一系列生理作用来活化土壤中的磷，以提高土壤中磷的有效性[3]。钾肥由于在土壤中也会被粘土矿物所吸附，因此通常情况下，土壤溶液中的钾含量也比较低，但是有效钾与土壤中缓效钾之间有一个平衡过程，因此不象磷的有效性那么低。我国由于片面追求高产，因此在几十年的发展中，一直过量施肥，目前已经造成了严重的环境污染。如何加强养分管理，提高养分利用率目前急需解决的问题。
由于土壤中所有的养分吸收都要经过根系细胞膜，因此各种养分分别在细胞膜上均存在相应的运输蛋白或离子通道，全面掌握各种养分吸收的跨膜转运机制，对于生产中具体指导养分管理具有重要的实际意义。低浓度下，铵离子可以通过细胞膜上的铵转运蛋白运输[4]，高浓度下，则以氨分子的形式通过Amt/MEP/Rh通道蛋白进行吸收[5]；硝酸盐与磷酸盐都带负电荷，因此需要相应的转运蛋白进行运输[6]；而钾通常由钾通道快速吸收，只有在非常低的浓度下才通过钾转运蛋白运输[7,8]。上述跨膜运输过程可以分为两类：阳离子吸收通过细胞膜电位顺着电势差进入细胞；而阴离子吸收要通过质子驱动力帮助共运输。
由于氮磷钾是大量吸收的营养，因此在吸收过程中可能需要竞争质子驱动力，或者是在相同的膜电位下竞争离子通道，因此质子泵的活性与这些养分的运输息息相关。质子泵又叫细胞膜H+ ATPase[911]，其活性变化对于营养元素的吸收非常重要[12]。因此本实验分析了质子泵与氮磷钾吸收的关系，以及氮磷钾互作时对其的影响。
1 材料与方法
1．1 水稻培养
供试水稻为日本晴（Oryza sativa）。稻谷用双氧水后在25℃恒温培养箱中发芽，幼苗两叶一心时移栽，营养液5升，共36株一盆。营养液每周平均换两次。营养液配方根据国际水稻研究所的建议。有关氮素营养的实验设两个处理，或以40 mg/L NH4+N，以 (NH4)2SO4配入；或以40 mg/L NO3N，以Ca(NO3)24H2O配入。独立试验重复3次。
1.2 测定和分离方法
1.2.1 营养液pH控制 每天将营养液pH校准一次，以保持平均56的水平。
1.2.2 植株中铵硝含量测定 根据李合生提出的方法[13]，称取鲜样1 g左右于研钵中匀浆，沸水浴30 min，定容后加活性碳脱色过滤用德国进口的流动分析注射仪测定。
1.2.3植株中磷含量测定 将鲜样烘干粉碎后消煮，用矾钼黄比色法测定全磷含量。
1.2.4细胞膜分离 参照Yan[14]的方法。称根系20 g左右，加入4倍研磨液匀浆后高速离心11 500 g 10 min，上清液再次87 000 g下离心35 min，取沉淀用6 mL磷酸缓冲液悬浮，加入由右旋糖苷（Dextran）T500和聚乙二醇（PEG）3350组成的两相分离系统（6.1% ），经720 g三次离心后取上相，用BTP缓冲液稀释6倍，151 200 g下离心40 min。收集到膜蛋白，分装后速冻于80℃中保存。所用离心机为BECKMAN COULTERＯptimumTM L80 XP，转头为SW32 Ti。
1.2.5细胞膜质泵水解活性的测定 反应体系参照Yan的方法，显色过程参照Ohnishi[15]的方法。反应体系体积为0.50mL，含有30 mM BTP/MES缓冲液，5 mM MgSO4，50 mM KCl，0.02% (w/v) Brij 58（Sigma），5 mM Na2ATP。加入30 μL膜蛋白（蛋白含量12 μg）30℃保温30 min；加入中止液2.5 mL，2 min后再加入显色液0.5 mL，30 min后720 nm比色测定。活性根据单位时间内每毫克膜蛋白释放出的磷含量计算。
2 结果与分析
2.1 植株中铵硝含量
水稻植株中铵含量（图1A）和硝（图1B）均存在差异。硝态氮营养的水稻根系与叶片中的铵含量都低于铵态氮营养的水稻。但在铵态氮营养的水稻中硝态氮很少。
图1 水稻叶片和根系中NH4+和NO3含量
Fig. 1. NH4+ and NO3 content in leaf and root of rice
2.2 质膜方法可靠性检测
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